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非开挖导向孔最短距离轨迹设计问题的探讨

苏涛

(湖北地建集团神龙市政建设工程有限公司430056)

摘要：导向孔轨迹设计是开展非开挖工作的关键性步骤。本文通过非开挖施工

所需最短距离问题的论述，对导向孔轨迹设计的关键性依据，即单根钻杆的最大

可调控角度进行了详细的阐述，并且提出了于轨迹设计工作非常有效的实用计算

方法。

关键词：导向孔轨迹、曲率半径、角度、斜度百分数

随着人们对环境保护和管线铺设新方法的日渐重视，非开挖铺设地下管线技术逐

渐被人们所喜爱并且获到了巨大发展。其中导向钻进法作为一种灵活高效的施工

方法在城市管网建设中也得到了日益广泛的应用。然而由于城市地下情况非常复

杂，不仅地质条件多变，而且地下已有管线纵横交错，这些无疑都给非开挖施工

带来了困难和风险。不仅如此，某些需穿越管线的地段因其空间的狭小而给导向

孔的轨迹设计提出了更精确的要求。因为在实际的非开挖施工中，我们不仅要求

导向钻头能扎得下去而且还要弯得上来，换句话说就是如何在狭小的空间里成功

地开展非开挖铺管工作，亦即能够成功开展非开挖工作的导向孔轨迹的最短距离

是怎样确定的。在我们多年的非开挖铺管施工中也经常遇到这一问题，比如要在

某一场地比较狭窄的地段开展非开挖铺管工作，这就需要我们对导向孔的轨迹设

计进行精确的计算，所以对这一问题的深入探讨也具有很重要的实际意义。也只

有对这一问题的充分思考和理解我们才能够掌握非开挖导向孔轨迹设计的实质

和精髓。下面本人就结合多年的非开挖施工实际和自身的体会，对这一问题进行

一些初步的探讨。

1导向孔轨迹分析

我们知道典型导向孔的轨迹一般由三段组成：第一造斜段、直线段和第二

造斜段，如图1所示。

图1典型导向孔一般轨迹图

第一造斜段是钻杆进入水平钻进位置的过渡段，直线段是依据待铺管线长度

而确定的水平钻进段，第二造斜段是钻杆出露地表的过渡段。因此，对一般的导

向钻进铺管施工，其导向孔的轨迹主要由以下几个基本参数决定：

①水平穿越起点A；

②水平穿越终点B；

③铺管深度h；

④第一造斜段的曲率半径R；

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⑤第二造斜段的曲率半径R；

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其中R主要由钻杆的曲率半径决定，R主要由待铺设管线的允许弯曲半

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径决定。一般取R≥1200d(d是钻杆的直径)，R≥1200D(D是待铺设管线的直

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径)。

对于一般导向孔的轨迹我们如果从导向钻头角度的变化分析：第一造斜段

就是导向钻头从入射的负角度逐步调整到０角度的过程；直线段就是导向钻头保

持０角度钻进的过程；第二造斜段就是导向钻头从０角度逐步调整到正角度直至

出露地表的过程。简单的说导向孔的轨迹过程也就是导向钻头的角度从负角度→

０角度→正角度的变化过程。

通过简单的几何关系我们可以得到第一造斜段的水平距离：

L=Rsinα

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其中α为钻机导向钻头的初始入射角。对于大多数的铺管钻机而言它的初始入

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射角一般在8～20之间可调。所以当我们选定了某种型号的铺管钻机那么它的

最小初始入射角也就随之确定，也就可以使得sinα取得最小值。因而要使得水

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平距离L的值最小就必须要求R取最小值。从R的取值范围R≥1200d(d是钻